平行双裂缝圆盘试样裂纹扩展过程的尺寸效应试验研究

针对含多条裂缝不同尺寸的岩石受载时内部裂纹扩展及贯通存在尺寸效应的问题，制作了直径分别为50,100,150和200 mm的平行双裂缝砂岩圆盘试样，其厚度、裂缝长度和裂缝间距随直径等比变化。在GCTS RTX–3000试验机上对圆盘试样进行静态加载试验，采用声发射(acoustic emission,AE)和数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术对试样的裂纹扩展过程进行监测。结果表明：随试样尺寸的增加，破坏载荷呈线性增长趋势，预制裂缝对试样承载能力的削弱作用增强，试样破坏单位体积消耗的能量逐渐减小；多裂纹扩展存在相互竞争机制，裂纹的起裂顺序决定着扩展方向，直径50,100和200 mm的试样裂纹扩展具有同方向性，直径150 mm的试样裂纹相向扩展；通过AE准确反映了试样内部的损伤演化过程，运用DIC技术将裂纹扩展过程数值化，能够精确分析裂纹的张开位移和扩展速度；不同尺寸试样裂纹扩展速度的变化规律相似，即裂纹以一个较低的初速度开始扩展，并在很短的距离内达到峰值速度，之后扩展速度急剧下降，末段裂纹扩展速度缓慢减小并趋于稳定。     

测试岩石抗拉强度双圆环试样构型和尺寸优化研究

针对岩石抗拉强度测试所采用的双圆环试样易产生应力集中导致测试值偏小的问题，提出了一种新构型试样.采用ANSYS有限元软件模拟计算了121个含有不同内外圆环切割深度的双圆环试样的受载应力分布情况，分析了切割深度对试样受拉区和应力集中区的影响；在GCTS岩石力学试验机上测试了16个双圆环砂岩试样的抗拉强度值，并与巴西劈裂法的测试值进行了对比研究.结果表明：试样受拉区轴向变化曲线呈现出“双峰值现象”,两应力集中区的极值差随切割深度变化的等高线图为扇形分布图，零点线的斜率约为0.3;环形受拉区和应力集中区的峰值应力受切割深度影响显著，区域内峰值差异大是测试值偏低的主要原因；当双圆环试样的尺寸采用内圆环切割深度为4～8 mm,外圆环切割深度为14～16 mm时，应力集中区的平衡因子不超过2%,此时，额外弯矩对受拉区的影响较小，应力分布较均匀，能够实现最佳压拉转换，基于该尺寸双圆环试件得到的抗拉强度测试值接近巴西劈裂法，但标准差更小，能够相对准确地测试岩石的抗拉强度.     

采空区影响下穿层巷道变形特征及支护技术研究北大核心

针对梁北矿在采空区下近距离掘进-550 m水平东翼开拓巷道围岩不易稳定的问题,采用数值模拟方法分析了相邻2个不同时间开采的工作面形成的采空区和煤柱对开拓巷道附近围岩的应力分布规律和变形特征;并基于多层次耦合承载结构的支护原理,给出了相应的变形控制对策和支护方案,在现场进行了应用。研究结果表明:随着工作面的推进,采空区底板岩层原岩应力恢复区由采空区中部向四周扩散,塑性破坏区呈“倒马鞍”状分布;穿层巷道受邻近未稳定采空区垮落岩层逐步压实扰动过程产生的应力和煤柱应力集中产生的影响,塑性破坏区呈非对称分布。基于巷道围岩破坏形成破碎区、塑性区和弹性区的分区特征,提出充分利用内外承载体形成多层次耦合承载结构的支护对策;采用“高强锚网索+浅深部围岩分次注浆+喷浆”多层次耦合控制技术,在现场取得了良好的应用效果。